Модели разума. Как физика, инженерия и математика сформировали наше понимание мозга - Lindsay Grace Страница 4

разницу в потенциальной энергии, называемую напряжением. Со временем, когда в банку добавляется все больше и больше заряда, это напряжение увеличивается. Если бы стеклянный барьер исчез - или появился другой путь, по которому частицы могли бы добраться друг до друга, - потенциальная энергия превратилась бы в кинетическую, когда частицы двинулись бы навстречу своим собратьям. Чем выше напряжение на конденсаторе, тем сильнее будет это движение заряда, или ток. Именно так многие ученые и любители мастерить в итоге сами себя шокировали. Создавая рукой связь между внутренней и внешней частями банки, они открывали путь для потока заряженных частиц прямо через свое тело.

Рисунок 1

Луиджи Гальвани был итальянским ученым, родившимся в 1737 году. Будучи очень религиозным человеком, он всю жизнь думал о том, чтобы присоединиться к церкви, но в итоге стал изучать медицину в Болонском университете. Там он получил образование не только в области хирургии и анатомии, но и по модной теме электричества. В лаборатории, которую он держал у себя дома - там он тесно сотрудничал со своей женой Лючией, дочерью одного из профессоров - были приборы для изучения биологического и электрического: скальпели и микроскопы, электростатические машины и, конечно же, лейденские банки. Для своих медицинских экспериментов Гальвани - как и студенты-биологи за много веков до и после него - сосредоточился на лягушках. Мышцы лягушачьих лапок могут продолжать работать после смерти, что очень важно при попытке одновременно понять работу животного и препарировать его.

Именно благодаря разнообразию и потенциальной неорганизованности его лаборатории Гальвани попал на страницы учебников по естественным наукам. Как гласит история, кто-то в лаборатории (возможно, Лючия) прикоснулся металлическим скальпелем к нерву ноги мертвой лягушки в тот самый момент, когда случайная искра от электрического прибора вызвала заряд на скальпеле. Мышцы ноги лягушки немедленно сократились, и Гальвани решил с энтузиазмом продолжить это наблюдение. В своей книге 1791 года он описывает множество различных приготовлений к последующим экспериментам по изучению "животного электричества", в том числе сравнение эффективности различных видов металла для вызывания сокращений и то, как он подключил провод к нерву лягушки во время грозы. Он наблюдал, как лапки лягушки сокращаются при каждой вспышке молнии.

Всегда существовали некоторые намеки на то, что жизнь использует электричество. Ибн Рушд, мусульманский философ двенадцатого века, предвосхитил несколько научных открытий, когда отметил, что способность электрической рыбы оцепенять рыбаков в ее водах может быть обусловлена той же силой, которая притягивает железо к камню. А за несколько лет до открытия Гальвани врачи уже исследовали применение электрических токов в качестве лекарства от глухоты и паралича. Но разнообразные эксперименты Гальвани вывели изучение биоэлектричества за рамки догадок и предположений. Он собрал доказательства того, что движение животных следует из движения электричества в них самих. Таким образом, он пришел к выводу, что электричество - это сила, присущая животным, своего рода жидкость, которая течет по их телу так же часто, как кровь.

с духом любительской науки того времени, узнав о работе Гальвани, многие люди отправились, чтобы воспроизвести ее. Помещая свои личные лейденские банки в контакт с любой лягушкой, которую они могли поймать, любопытные обыватели наблюдали те же сокращения и конвульсии, что и у Гальвани. Влияние работы Гальвани, а вместе с ней и идеи электрической анимации, было столь велико, что она попала в сознание английской писательницы Мэри Шелли, став частью вдохновения для ее романаФранкенштейн".

Однако здоровая доля научного скептицизма означала, что не все коллеги Гальвани с таким энтузиазмом восприняли его утверждения. Алессандро Вольта - итальянский физик, в честь которого было названо напряжение, - признал, что электричество действительно может вызывать мышечные сокращения у животных. Но он отрицал, что это означает, что животные обычно используют электричество для движения. Вольта не видел в экспериментах Гальвани никаких доказательств того, что животные вырабатывают собственное электричество. На самом деле он обнаружил, что контакт между двумя различными металлами может создавать множество, почти незаметных, электрических сил, и поэтому любые испытания электричества на животных с использованием металлов, находящихся в контакте, могут быть загрязнены электричеством, генерируемым извне. Как писал Вольта в публикации 1800 года: "Я оказался вынужден бороться с притворным животным электричеством Гальвани и объявить его внешним электричеством, возникающим при взаимном контакте металлов разных видов".

К несчастью для Гальвани, Вольта был моложе, охотнее вступал в публичные дискуссии и шел по карьерной лестнице. Он был грозным научным противником. Сила личности Вольты привела к тому, что идеи Гальвани, хотя и правильные во многих отношениях, были затмлены на десятилетия.

Учебник Мюллера появился почти через 10 лет после смерти Вольты, но его возражения против электричества животных были схожи. Он просто не верил, что электричество является субстанцией нервной передачи, и весомые доказательства того времени не могли его переубедить. Помимо его виталистских наклонностей, это упрямство, возможно, объяснялось тем, что Мюллер предпочитал наблюдать, а не вмешиваться. Сколько бы примеров реагирования животных на внешнее электричество ни накопилось за годы работы, они никогда не сравнятся с непосредственным наблюдением за животным, вырабатывающим собственное электричество. Наблюдение - это простота, неутомимость, трудолюбие, честность, отсутствие предвзятого мнения", - сказал Мюллер в своей инаугурационной лекции в Боннском университете. Эксперимент - искусственный, нетерпеливый, занятой, отвлеченный, страстный, ненадежный". В то время, однако, наблюдение было невозможно. Ни один прибор не был достаточно мощным, чтобы уловить слабые электрические сигналы, передаваемые нервами в их естественном состоянии.

Все изменилось в 1847 году, когда Эмиль дю Буа-Реймон - один из учеников Мюллера - создал очень чувствительный гальвонометр, прибор, измеряющий ток посредством его взаимодействия с магнитным полем. Его эксперименты были попыткой повторить в нервах то, что итальянский физик Карло Маттеуччи недавно наблюдал в мышцах. Используя гальванометр, Маттеуччи обнаружил небольшое изменение тока в мышцах после того, как заставил их сокращаться. Однако для поиска этого сигнала в нерве требовалось более сильное магнитное поле, чтобы уловить слабый ток.дополнение к разработке надлежащей изоляции, чтобы предотвратить любые помехи от внешнего электричества,дю Буа-Реймону пришлось вручную намотать более мили проволоки (более чем в восемь раз больше, чем Маттеуччи), чтобы получить достаточно сильное магнитное поле для своих целей. Его ручной труд окупился. Измеряя реакцию гальванометра, дю Буа-Реймон стимулировал нерв различными способами - электрическим или с помощью химических веществ, например стрихнина, - и следил за тем, как нерв реагирует на показания гальванометра. Каждый раз он видел, как игла гальванометра поднималась вверх. Было замечено, что электричество работает в нервной системе.

Дю Буа-Реймон был шоуменом не